高效微孔加工技术

来源：作者：发布时间：2008-11-11

激烈的市场竞争使一些承包商花费很大气力寻找一些难以加工，但却能带来利润的机械加工业务。National Jet公司（位于马里兰州的Lavale）就是这样的一家承包商。
    该公司从事机械加工承包生意已有67年的历史。据介绍，它在微小型钻孔方面享有声誉，能加工小至0.001英寸(为人头发直径的三分之一)的微小型孔。这种能够加工具有多达数千个微小孔的金属零件的加工能力，为公司在纺织业和医疗器械工业赢得了大量的业务，因为很少有其他公司能具备这样的加工能力。
    而且，交托给National Jet公司的大多数零件已由其他承包商进行了预加工。于是National Jet公司成为一家在半成品零件上增钻微小孔的专业切削公司。
    而这似乎与该公司一向主张自己动手加工的方针有冲突。在一般情况下它们都由手工刃磨硬质合金微小型钻头。并使用它自己公司以前自己制造和销售的微小型钻孔机床加工。同时它们还加工EDM电极模具，用以配合各种各样的独特的内孔形状。这正符合了该公司决定努力去实现整机产品加工的大目标，而不仅只局限于孔加工。
    National Jet公司在已引进的CNC加工设备中，包括了有装备有空气主轴的瑞士车床和通过主轴内孔冷却的立式加工中心，以提高一般的机械加工和微小型孔的加工能力。
    该公司除了微小型钻孔专长仍然吸引着大量用户之外，还通过宣传实行一次性加工的优点：以最快速度加工，交付产品，减少零件加工工序和降低生产成本等赢得整个零件加工业务。
    National Jet公司销售经理Chuck Condor和总经理James Odom拥有该公司微小孔加工和如何从用户那里获得市场信息，以及进一步提高生产效率和经济效益的有关情报。以下介绍的资料主要由他们提供。

不断发展的微孔加工技术

    National Jet公司于1937年由微型钻孔技术的开拓者John Cupler建立。多年前，一个外国钻头制造商把自己所生产的最微型钻头送给Cupler，并问他是否能生产出如此小的钻头。而Cupler先生回答他们的方式是在这个钻头上钻了个孔并将它送了回去。
    这些微型小孔只有在高倍显微镜下才能看到，许多微小型钻孔的决定因素也类似于标准尺寸的钻削加工。每当对一项新任务进行评估时，National Jet公司首先必须确定最为有效的孔加工方法。这很大程度上还得根据加工零件种类、内孔直径、几何形状、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小，以及原来采用的加工方法等。
    装有显微镜的手控机床经常被用于科研项目、小批量生产或只需要极少数的微小孔加工。一些致力于微小孔加工机床开发的制造商，大多提供是手控式机床，这一加工方法要追溯到上世纪的三十年代。其它的尽管已经用CNC工作台加以改造，但仍然保持着用手工控制钻头的进给，手动进给这样的微小直径钻头，需要熟练的工人进行手工感觉。National Jet公司已经总结的许多微小孔钻削的经验。“我们的熟练的工人操作者事实上都能由‘感觉’确认微小型钻头是否已被磨钝。”Condor先生说。

图1 微小孔加工成了National Jet公司的技术专长。
图示是一根0.003英寸直径的人的头发，被一个
0.001英寸的微小钻头钻穿通过的图示。

    啄钻的加工程序在几乎每一个微型钻孔操作中都被用到，以保证顺利排屑，保证微小孔的质量，表面粗糙度和最佳化钻头使用寿命。
    冷却液或轻质油用以冷却和从钻尖排除切屑。根据Condor先生介绍，National Jet公司生产的大多数扁平型微小钻头所具有的长径比（L/D）为7:1，而10:1通常被认为是仍能保证提供紧密公差的最大比率。
    在一个曲面上钻一微小孔，需要在零件上预钻一微小盲孔进行导向，以防止孔的弯曲或“偏斜”。进行预钻的导向微小钻头一般需设计得很短，具有的最大长径比（L/D）为２:1。公司拥有一种专利的加工方法，可以在很尖锐的工件边缘上加工微小型导向孔。
    对于高生产率加工或对于有许多微小孔需要加工的零件，National Jet公司将使用他们的CNC加工中心或车床。手动机床经常用来在将任务交付新的CNC机床之前，对加工的工件进行试钻。这样主要是为了确定在加工的过程中需要更换微钻刀具的频率。
    该公司新购置的2215 VMC由Fadal Machining Center公司（加利福尼亚州的 hatsworth）生产，经主轴孔注入冷却液，可钻小于2.5 mm的小孔。这种加工方式，取消了啄钻方法，因为切屑可通过冷却液从切削区顺利排除。更小的直径钻头即使没有冷却液通道，也可以在这一机床上使用。零件的定位状态可利用传统的刃口尺或专门设计的直线度测试仪进行检查和对零件进行定位调试。
    L32型瑞士车床由Marubeni Citizen-Cincom公司（新泽西州的 Allendale）生产，能提供圆柱体零件的完整加工，包括在一次装夹中，实行微小孔钻削。该车床具有两个最高转速达30000r/min的气动主轴，驱动微小钻头加工。气动主轴实际上被更多地用来进行精密加工小直径钻孔而不是超高速加工。该车床还装备有一个棒料进给器，提供较长久的无人化零件加工。

图2 使用一台装备有气动主轴的瑞士车床
进行一般车削、铣削操作和微小孔钻削。

Condor先生承认许多人对微小孔能够在相对较低的速度下被加工完成感到惊讶，“我们对于直径为0.005英寸的微小孔，选择在500～3000r/min的主轴转速下加工获得了巨大成功,”Condor先生说，“在进给量很小的情况下，没有必要用数千转每分的主轴转速来加工微小孔。”
钻好微小孔后的去除孔口毛剌，也是完成好孔加工的一个重要因素。每次钻孔都有需要清除孔出口处的毛刺。National Jet公司通常都采用抛光内孔表面和使用一微小钻头捅出孔口毛刺至外的手工去毛刺方法。

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